Устройство для определения угловых перемещений платформы грузоподъемной машины
Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована в системах безопасности грузоподъемных машин. Устройство содержит датчик угла, выполненный приводным от поворотной платформы и включающий преобразователь угла поворота платформы в электрический информационный сигнал, вал которого снабжен опорой в виде подшипника скольжения. В устройство введен микроконтроллер с энергонезависимым запоминающим устройством, подключенный к линии связи непосредственно или через схему согласования, а преобразователь угла поворота платформы в электрический информационный сигнал выполнен в виде магнитного энкодера. Микроконтроллер выполнен с возможностью установки выходного сигнала датчика угла в заданное значение при определенном фиксированном положении платформы и с возможностью изменения направления отсчета датчика угла относительно начала координат. Технический результат - повышение надежности устройства и точности измерений. 7 з.п. ф-лы, 2 илл.
Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована в системах безопасности грузоподъемных машин.
Известны устройства для определения угловых перемещений платформы грузоподъемной машины в виде поводковых датчиков ДКП-1 и ДКЦ-1 производства НПАО «ПЛЭСО», Украина (см. Сушинский В.А., Маш Д.М. Приборы безопасности грузоподъемных кранов. Часть II - учебно-методическое пособие. СПб.; 2001, с.19-20, 66). Датчик ДКП-1 содержит дифференциальный трансформаторный преобразователь угловых перемещений платформы в электрический информационный сигнал, работающий от автогенератора с частотой около 60 кГц. Датчик ДКЦ-1 выполнен с преобразователем угла поворота в цифровой код и передачей информации в контроллер в последовательном цифровом коде по однопроводной сигнальной линии. Недостатком такого типа датчиков является сложность их конструкции.
Известны также устройства для определения угловых перемещений платформы грузоподъемной машины, выполненные на основе потенциометрических преобразователей: датчик азимута ДА-2 производства ЗАО ИТЦ «КРОС» (см. Приборы безопасности для грузоподъемной техники. ЗАО ИТЦ «КРОС», январь 2006, с.30) и датчик азимута (ЛИГМ.401261.004) производства ОАО «Мытищинский электротехнический завод», выбранный в качестве прототипа. Данное устройство содержит датчик угла, выполненный приводным от поворотной платформы и включающий потенциометрический преобразователь угла поворота платформы в электрический информационный сигнал, вал которого снабжен опорой в виде подшипника скольжения (см. Сушинский В.А., Маш Д.М. Приборы безопасности грузоподъемных кранов. Часть II - учебно-методическое пособие. СПб.; 2001, с.130-131, рис.4.6). Использование потенциометрического преобразователя снижает ресурс работы известного устройства, так как потенциометры имеют ограниченное число рабочих циклов при работе в жестких условиях окружающей среды (в широком диапазоне температур, наличии вибрации, высокой влажности и пыли). Кроме того, в данном устройстве не осуществляется какая-либо обработка или преобразование выходного сигнала датчика и не производится настройка начального значения.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является создание устройства для определения угловых перемещений платформы грузоподъемной машины, обладающего повышенной надежностью и точностью измерения при использовании его в жестких условиях окружающей среды.
Решение поставленных задач и достижение технического результата обеспечивается тем, что в устройство для определения угловых перемещений платформы грузоподъемной машины, содержащее датчик угла, выполненный приводным от поворотной платформы и включающий преобразователь угла поворота платформы в электрический информационный сигнал, вал которого снабжен опорой в виде подшипника скольжения, согласно полезной модели, введён микроконтроллер с энергонезависимым запоминающим устройством, подключенный к линии связи непосредственно или через схему согласования, а преобразователь угла поворота платформы в электрический информационный сигнал выполнен в виде магнитного энкодера, включающего в себя магниточувствительную микросхему-преобразователь и закрепленный на другом конце вала преобразователя угла с зазором относительно микросхемы-преобразователя постоянный магнит, при этом к микроконтроллеру подключен магнитный энкодер, а микроконтроллер выполнен с возможностью установки выходного сигнала датчика угла в заданное значение при определенном фиксированном положении платформы и с возможностью изменения направления отсчета датчика угла относительно начала координат.
Достижению технического результата способствуют также частные существенные признаки полезной модели.
Микроконтроллер может быть выполнен с возможностью запоминания адреса датчика угла.
К микроконтроллеру дополнительно может быть подключен датчик температуры.
Устройство может быть дополнительно снабжено элементами для защиты от обратного напряжения, перенапряжения, короткого замыкания выхода и импульсных помех по цепи питания и линии связи устройства с регистрирующей аппаратурой.
Предпочтительно, микросхема-преобразователь магнитного энкодера размещена на печатной плате, закрепленной на торце опоры с возможностью юстировки магнитного энкодера.
Предпочтительно, печатная плата закреплена на торце опоры вала датчика угла с помощью стоек в виде втулок, в отверстия которых вставлены винты, пропущенные через отверстия в печатной плате и ввернутые в опору, отверстия в печатной плате выполнены с гарантированными зазорами между ними и винтами для регулировки положения микросхемы-преобразователя относительно постоянного магнита, постоянный магнит магнитного энкодера выполнен цилиндрическим, диаметрально намагниченным, а вал преобразователя угла выполнен из немагнитного материала с гнездом на торце вала или в его головке, в котором закреплен указанный магнит.
Микроконтроллер и микросхема-преобразователь магнитного энкодера могут быть размещены на одной печатной плате.
Введение в устройство микроконтроллера с энергонезависимым запоминающим устройством и подключение микроконтроллера к линии связи непосредственно или через схему согласования, обеспечивает возможность преобразования электрических сигналов в последовательный код для передачи по мультиплексной линии связи. При этом выполнение микроконтроллера с возможностью установки выходного сигнала датчика угла в заданное значение при определенном фиксированном положении платформы и с возможностью изменения направления отсчета датчика угла относительно начала координат позволяет упростить привязку устройства на грузоподъемной машине, так как нет необходимости в начальной ориентации положения магнита в датчике угла. Указанную привязку можно проводить программно путем принятия любого положение магнита за нулевое значение отсчета. Выполнение преобразователя угла поворота платформы в электрический информационный сигнал в виде магнитного энкодера обеспечивает повышенную точность угловых измерений, так как магнитные энкодеры, использующие бесконтактную технологию на основе эффекта Холла, позволяют определить с высоким угловым разрешением положение платформы грузоподъемной машины, при этом магниточувствительная микросхема-преобразователь имеет в своем составе схему обработки сигнала, которая обеспечивает линеаризацию, термокомпенсацию и усиление выходного сигнала. Кроме того, использование бесконтактного способа передачи информации (посредством магнитного поля) позволяет также существенно увеличить надёжность изделия, многократно увеличить его ресурс и сделать эффективным использование его в жестких условиях окружающей среды, что вполне удовлетворяет требованиям, предъявляемым к измерительным устройствам, используемым на грузоподъемных машинах. Такое исполнение предлагаемого устройства позволяет использовать его как бесконтактный датчик азимута не только в новых разработках, но и как замену уже существующим потенциометрическим датчикам в ответственных приложениях, где требуется высочайшая надежность при неблагоприятных условиях эксплуатации.
Снабжение устройства элементами для защиты от обратного напряжения, перенапряжения, короткого замыкания выхода и импульсных помех по цепи питания и выхода предотвращает выход из строя электронных компонентов предлагаемого устройства и других приборов системы безопасности грузоподъемной машины, а также повышает надёжность передачи данных между данными приборами.
Размещение микросхемы-преобразователя магнитного энкодера на печатной плате, закрепленной на торце опоры с возможностью юстировки магнитного энкодера, обеспечивает доведение погрешностей средств измерений до значений, соответствующих техническим требованиям.
Выполнение постоянного магнита магнитного энкодера цилиндрическим, диаметрально намагниченным, а вала преобразователя угла из немагнитного материала с гнездом на торце вала или в его головке, в котором закреплен указанный магнит, исключает необходимость в специализированном приспособлении для ориентации магнита относительно вала датчика, что упрощает процесс сборки устройства и предотвращает возможность смещения магнита во время его крепления на валу датчика угла.
Размещение микросхемы-преобразователя магнитного энкодера и микроконтроллера на одной печатной плате позволяет оптимизировать комплектацию устройства и упростить соединение электронных компонентов устройства между собой.
Таким образом, достигаемый технический результат выражается в повышении надежности устройства и точности измерений.
На фиг.1 показан пример исполнения предлагаемого устройства; на фиг.2 - вид А на фиг.1.
Устройство для определения угловых перемещений платформы грузоподъемной машины содержит датчик 1 угла и датчик 2 температуры, подключенные с помощью кабельной линии 3 к микроконтроллеру 4, конструктивно расположенному в отдельном блоке системы безопасности грузоподъемной машины, в частности в контроллере 5 поворотной части (КПЧ) грузоподъемной машины.
Микроконтроллер 4 снабжен схемой 6 согласования с линией 7 связи устройства с регистрирующей аппаратурой, имеет энергонезависимое запоминающее устройство (на чертеже не показано) и выполнен с возможностью запоминания адреса датчика 1 угла, установки выходного сигнала датчика угла в заданное значение при определенном фиксированном положении платформы и изменения направления отсчета датчика угла относительно начала координат.
Датчик 1 угла включает в себя:
основание 8, с фигурным отверстием 9 для поводка, связанного с платформой грузоподъемной машины (на чертеже не показан);
размещенный на основании 8 преобразователь угла поворота платформы грузоподъемной машины в электрический информационный сигнал, вал 10 которого снабжен опорой 11 в виде подшипника скольжения;
и зубчатую передачу, включающую ведущее зубчатое колесо 12, ось 13 которого установлена в закрепленном на основании 8 подшипнике 14 качения и имеет резьбовое отверстие 15 для крепления устройства на неподвижной оси токосъемника (на чертеже не показан), соосной оси вращения платформы, и находящееся в зацеплении с ведущим зубчатым колесом 12 ведомое зубчатое колесо 16, связанное с одним из концов вала 10 с помощью резьбового соединения, снабженного контровочной гайкой 17. Зубчатые колеса 12 и 16 выполнены с равным количеством зубьев.
Преобразователь угла поворота выполнен в виде магнитного энкодера на основе эффекта Холла, включающего размещенную на печатной плате 18 магниточувствительную микросхему-преобразователь 19 и размещенный с зазором относительно микросхемы-преобразователя вращающийся постоянный магнит 20. Вал 10 преобразователя выполнен из немагнитного материала с гнездом 21 на его головке 22. В гнезде 21 закреплен цилиндрический, диаметрально намагниченный магнит 20. Шейка вала 10 установлена в отверстии опоры 11, закрепленной на основании 8 с помощью прижимных планок 23 и резьбовых крепежных элементов 24.
Печатная плата 18 с размещенной на ней микросхемой-преобразователем 19 закреплена на торце опоры 11 вала 10 с помощью стоек 25, выполненных в виде втулок, в отверстия которых вставлены винты 26, пропущенные через отверстия в печатной плате 18 и ввернутые в опору 11. Отверстия в печатной плате 18 выполнены с гарантированными зазорами между ними и винтами 26 для регулировки положения микросхемы-преобразователя 19 относительно постоянного магнита 20.
Преобразователь угла поворота платформы грузоподъемной машины в электрический информационный сигнал снабжен закрепленным на основании 8 защитным металлическим кожухом 27 с гермовыводом 28 для соединения устройства с контроллером поворотной части грузоподъемной машины. На донной части кожуха 27 закреплен датчик 2 температуры в виде терморезистора.
Микроконтроллер 4 может быть реализован на основе микросхемы MSP430F147 фирмы "Texas Instruments" (США), а в качестве магниточувствительной микросхемы-преобразователя 19 магнитного энкодера можно использовать микросхему "MLX 90316" фирмы Milexis.
Схема 6 согласования с линией 7 связи включает в себя в общем виде контроллер стандартного последовательного интерфейса, например, CAN, и приемопередатчик этого интерфейса для подключения к общему последовательному интерфейсному каналу 7. В случае, когда микроконтроллер содержит в себе контроллер последовательного интерфейса, то схема согласования с линией связи может включать в себя только приемопередатчик последовательного интерфейса. В качестве контроллера последовательного интерфейса можно использовать, например, микросхемы МСР2515 или микросхемы SJA1000, а в качестве приемопередатчиков последовательного интерфейса - микросхемы SN65HVD1040 или IS01050DUB (в случае использования интерфейсной шины CAN). Кроме того, схема 6 согласования с линией 7 связи может быть выполнена на основе специализированной микросхемы TJA1050T.
Микроконтроллер 4 может быть также реализован на основе одной микросхемы, включающей схему согласования с линией связи. Примеры таких микросхем - микроконтроллеры MB90F352 фирмы Fujitsu и PIC16C433 фирмы Microchip Technology Inc.
При необходимости в процессе сборки датчика 1 угла осуществляют юстировку магнитного энкодера, например, с помощью механического приспособления, используя для этого в качестве базовой поверхности внешнюю цилиндрическую поверхность головки 22 вала 10. Юстировку магнитного энкодера осуществляют до затягивания винтов 26 путем перемещения печатной платы 18 в пределах зазоров между отверстиями в печатной плате 18 и крепежными винтами 26.
При монтаже устройства на грузоподъемной машине вводят в фигурное отверстие 9 основания 8 поводок, связанный с поворотной платформой, навертывают на неподвижную ось токосъемника ведущее зубчатое колесо 12 и фиксируют соединение с помощью гайки.
Устройство работает следующим образом.
При повороте платформы грузоподъемной машины поводок, связанный с платформой, поворачивает основание 8 с закрепленным на нем преобразователем угла поворота платформы в электрический информационный сигнал относительно ведущего зубчатого колеса 12. При этом поворачивается также и ведомое зубчатое колесо 16 и связанный с ним вал 10 магнитного энкодера. Магнитный энкодер регистрирует прохождение магнитных полюсов вращающегося постоянного магнита 20 непосредственно вблизи чувствительного элемента - микросхемы-преобразователя 19, преобразуя эти данные в соответствующий электрический сигнал. Выходные сигналы датчиков 1 и 2 поступают по кабельной линии 3 на входы микроконтроллера 4. Микроконтроллер 4 обрабатывает полученную информацию в соответствии с программой его работы и выдает через схему 6 согласования результаты в регистрирующую аппаратуру в цифровом виде по CAN-каналу.
Специалисту в данной области понятно, что могут быть различные модификации предложенного устройства без отхода от духа и рамок настоящей полезной модели, определяемых объемом притязаний, изложенных в формуле полезной модели. В частности, микроконтроллер, микросхема-преобразователь магнитного энкодера, схема согласования с линией связи и элементы для защиты от обратного напряжения, перенапряжения, короткого замыкания выхода и импульсных помех по цепи питания и линии связи могут быть расположены на одной печатной плате. В этом случае предлагаемое устройство может быть выполнено виде одной конструктивно законченной составной части системы безопасности грузоподъемной машины.
Предлагаемое устройство может быть изготовлено промышленным способом на приборостроительном заводе с использованием современных электронных компонентов и технологий.
1. Устройство для определения угловых перемещений платформы грузоподъемной машины, содержащее датчик угла, выполненный приводным от поворотной платформы и включающий преобразователь угла поворота платформы в электрический информационный сигнал, вал которого снабжен опорой в виде подшипника скольжения, отличающееся тем, что в него введен микроконтроллер с энергонезависимым запоминающим устройством, подключенный к линии связи непосредственно или через схему согласования, а преобразователь угла поворота платформы в электрический информационный сигнал выполнен в виде магнитного энкодера, включающего в себя магниточувствительную микросхему-преобразователь и закрепленный на другом конце вала преобразователя угла с зазором относительно микросхемы-преобразователя постоянный магнит, при этом к микроконтроллеру подключен магнитный энкодер, а микроконтроллер выполнен с возможностью установки выходного сигнала датчика угла в заданное значение при определенном фиксированном положении платформы и с возможностью изменения направления отсчета датчика угла относительно начала координат.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что микроконтроллер выполнен с возможностью запоминания адреса датчика угла.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что к микроконтроллеру дополнительно подключен датчик температуры.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно дополнительно снабжено элементами для защиты от обратного напряжения, перенапряжения, короткого замыкания выхода и импульсных помех по цепи питания и линии связи устройства с регистрирующей аппаратурой.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что микросхема-преобразователь магнитного энкодера размещена на печатной плате, закрепленной на торце опоры с возможностью юстировки магнитного энкодера.
6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что печатная плата закреплена на торце опоры вала датчика угла с помощью стоек в виде втулок, в отверстия которых вставлены винты, пропущенные через отверстия в печатной плате и ввернутые в опору, при этом отверстия в печатной плате выполнены с гарантированными зазорами между ними и винтами для регулировки положения микросхемы-преобразователя относительно постоянного магнита.
7. Устройство по п.5, отличающееся тем, что постоянный магнит магнитного энкодера выполнен цилиндрическим, диаметрально намагниченным, а вал преобразователя угла выполнен из немагнитного материала с гнездом на торце вала или в его головке, в котором закреплен указанный магнит.
8. Устройство по п.5, отличающееся тем, что микроконтроллер и микросхема-преобразователь магнитного энкодера размещены на одной указанной печатной плате.
